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第 58頁(yè) 。
φ950可逆式軋機(jī)壓下裝置設(shè)計(jì)
1 緒論
1．1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)期間的理論課程與實(shí)際相結(jié)合的一種綜合教學(xué)環(huán)節(jié)。使我們學(xué)到的專(zhuān)業(yè)理論和知識(shí)應(yīng)用到工作中，培養(yǎng)獨(dú)立思考、分析和解決實(shí)際工作問(wèn)題的能力，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1．2 軋鋼機(jī)械定義
軋鋼機(jī)械亦稱(chēng)軋鋼機(jī)。一般把能將被加工材料在旋轉(zhuǎn)的軋輥間受壓力產(chǎn)生塑性變形即軋制加工的機(jī)器，稱(chēng)為軋鋼機(jī)。在大多數(shù)情況下，軋材的生產(chǎn)過(guò)程要經(jīng)過(guò)幾個(gè)軋制階段，還要完成一系列的輔助工序，如將原材料由倉(cāng)庫(kù)運(yùn)出、加熱、軋件送往軋輥、軋制、翻轉(zhuǎn)、剪切、矯直、打印、軋件的收集、卷曲成卷等等[1]。
1．3 初軋機(jī)的作用及生產(chǎn)要點(diǎn)
1. 作用：
初軋機(jī)是以最少的軋制道次，最短的時(shí)間，將鋼錠軋制成規(guī)定的尺寸及優(yōu)制高精度的坯材的一種軋機(jī)。
2. 生產(chǎn)要點(diǎn)：
在不產(chǎn)生裂紋的范圍內(nèi)，盡可能增大壓下量，確定合適的鋼坯的尺寸關(guān)系，軸承的安裝維修和軋輥的調(diào)整精度要高。要使軋輥充分冷卻，但要防止鋼坯降溫，正確的孔型設(shè)計(jì)，操作要熟練。
1．4 軋鋼機(jī)及初軋機(jī)的發(fā)展情況
19世紀(jì)中葉軋鋼機(jī)械只是軋制一些熟鐵條的小型軋機(jī)，設(shè)備簡(jiǎn)陋，產(chǎn)量不高；有的軋機(jī)是用原始的水輪來(lái)驅(qū)動(dòng)。十九世紀(jì)五十年代以后，鋼的產(chǎn)量大增；各先進(jìn)工業(yè)國(guó)的鐵路建設(shè)與遠(yuǎn)洋航運(yùn)的發(fā)展，蒸汽驅(qū)動(dòng)的中型、大型軋機(jī)先后出現(xiàn)了。二十世紀(jì)的電氣化使功率更大的初軋機(jī)迅速發(fā)展起來(lái)。本世紀(jì)50~70年代末，由于汽車(chē)、石油、天然氣的輸送，鋼材生產(chǎn)是以薄板占優(yōu)勢(shì)為特征的。
至1970年止，世界上有初軋機(jī)達(dá)200多臺(tái)，擁有初軋機(jī)最多的國(guó)家為美國(guó)，達(dá)130臺(tái)，日本42臺(tái)，絕大部分為二輥可逆式軋機(jī)，開(kāi)坯能力達(dá)3億噸以上，七十年代的初軋機(jī)軋輥直徑增大到1500毫米。
國(guó)外初軋機(jī)的發(fā)展可分為三個(gè)階段。1945年前的初軋機(jī)，一般稱(chēng)為第一代初軋機(jī)。1945~1960年是初軋機(jī)發(fā)展的中期，稱(chēng)為第二代初軋機(jī)。60年代后建的初軋機(jī)，稱(chēng)為第三代初軋機(jī)。70年代初的初軋機(jī)軋輥直徑增大到1500mm，到如今的二十一世紀(jì)，初軋機(jī)的發(fā)展更是迅速。
我國(guó)擁有1000毫米以上大型初軋機(jī)七套，還有750—850毫米小型初軋機(jī)八套，主要用于合金鋼廠，為數(shù)不多的650毫米軋機(jī)是中小鋼廠的主要開(kāi)坯設(shè)備。1959年我國(guó)開(kāi)始自行設(shè)計(jì)制造開(kāi)坯機(jī)，已制成的開(kāi)坯機(jī)有700、750、825、850/650、1150等毫米初軋機(jī)。
1．5 初軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
目前初軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)有如下幾點(diǎn)：
1. 萬(wàn)能式板坯初軋機(jī)迅速發(fā)展。近20年來(lái)隨著熱連軋和中厚板軋機(jī)的發(fā)展，板坯需要量不斷增加。因此初軋機(jī)有半數(shù)以上是專(zhuān)門(mén)軋制板坯的高生產(chǎn)率的萬(wàn)能式板坯初軋機(jī)，由于萬(wàn)能式板坯初軋機(jī)帶有立輥，可以減少翻鋼道次、減少軋制時(shí)間，軋出的板坯質(zhì)量好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
2. 向重型化發(fā)展。初軋機(jī)的重型化是指大鋼錠、大輥徑、大功率。軋制鋼錠重量達(dá)45~70t，最高年產(chǎn)量達(dá)500~600萬(wàn)。
3. 縮短軋機(jī)輔助機(jī)械工作時(shí)間。
4. 采用自動(dòng)化控制。20年來(lái)，初軋機(jī)自動(dòng)化發(fā)展較快，由均熱爐到板坯精整已逐步采用自動(dòng)控制。初軋機(jī)的自動(dòng)操作，已由電子計(jì)算機(jī)在線控制。
5．提高鋼坯質(zhì)量，改進(jìn)精整工序，采用大噸位板坯剪切機(jī)(剪切力可達(dá)40MN)及在線火焰清理機(jī)。
6. 九十年代及其以后的發(fā)展動(dòng)向，隨著連鑄技術(shù)的發(fā)展，連鑄與軋機(jī)相結(jié)合的連續(xù)軋機(jī)組將進(jìn)一步發(fā)展。
1．6 φ950可逆式軋機(jī)主傳動(dòng)
軋鋼機(jī)主傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和力矩傳遞給軋輥。
φ950可逆式軋機(jī)的主傳動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪座及聯(lián)接軸組成。
(1) 電動(dòng)機(jī)：為軋機(jī)提供動(dòng)力源。
(2) 聯(lián)軸器：聯(lián)接電動(dòng)機(jī)與齒輪座。
(3) 齒輪座：當(dāng)工作機(jī)座由一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，通過(guò)齒輪座將電動(dòng)機(jī)傳遞的運(yùn)動(dòng)和力矩分配給兩個(gè)軋輥。
(4) 聯(lián)接軸：軋鋼機(jī)電動(dòng)機(jī)、齒輪座的運(yùn)動(dòng)和力矩都是通過(guò)聯(lián)接軸傳遞給軋輥的。
1．7 連軋生產(chǎn)工藝流程圖及Φ950可逆式軋機(jī)性能
1. 圖1.1為煉鋼廠連軋作業(yè)區(qū)生產(chǎn)工藝流程圖：
圖1.1 生產(chǎn)工藝流程圖
2.煉鋼廠連軋作業(yè)區(qū)Φ950可逆式軋機(jī)性能：
軋機(jī)型式：二輥可逆式軋機(jī)
原料規(guī)格：mm
軋輥直徑：Φ900～Φ1050mm
軋輥長(zhǎng)度：5840mm
軋輥重量：22.747t
輥身長(zhǎng)度：2500mm
輥頸直徑：Φ560mm
最大軋制力：9.81M·N
額定力矩：63.5t·m
軋制速度：0~5.5m/s
軋輥?zhàn)畲箝_(kāi)口度：550mm
工作行程：500mm
下輥軸向調(diào)整量：5mm
壓下速度：50～100～120mm/s
軋輥平衡形式：液壓
軋輥材質(zhì)：60CrMnMo鍛鋼
接軸扁頭重量：1.475t
接軸扁頭材質(zhì)：40CrNiMo
軋輥轉(zhuǎn)速：0～70-120r/min
主電機(jī)功率：4560KW
軋輥軸承型號(hào)：四列滾子軸承FCD112164630
1．8 壓下螺絲的阻塞事故
快速電動(dòng)壓下裝置由于壓下行程大，壓下速度高而且不帶鋼壓下，故在生產(chǎn)中易發(fā)生壓下螺絲阻塞事故，這通常是由于卡鋼，或者由于誤操作使兩輥過(guò)分壓靠或上輥超限提升造成的，此時(shí)壓下螺絲上的載荷超過(guò)了壓下電機(jī)允許的能力，電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，上輥不能提升。所以在軋機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮發(fā)生阻塞事故時(shí)的回松措施是十分必要的，回松力可按每個(gè)壓下螺絲上最大軋制力的1.6～2.0倍考慮。
1．9 上輥平衡裝置的用途
由于上軋輥及其軸承座，以及壓下螺絲自重的影響，在軋件未進(jìn)入軋輥之前，上軋輥及其軸承座與壓下螺絲之間，以及壓下螺絲和壓下螺母之間有間隙存在，這些間隙使軋件進(jìn)入軋輥時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊，惡化了軋件的工作條件。為了防止這種沖擊，幾乎所有軋機(jī)都設(shè)有上輥平衡裝置，Φ950可逆式軋機(jī)也設(shè)有上輥平衡裝置。
2 總體設(shè)計(jì)方案
φ950可逆式軋機(jī)的主要組成部分有：主傳動(dòng)、機(jī)架、軋輥、軋輥軸承、萬(wàn)向接軸、壓下裝置及平衡裝置。
2．1主傳動(dòng)
φ950可逆式軋機(jī)主傳動(dòng)裝置作用是把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給工作機(jī)座中的軋輥，使其旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬的軋制。
2．2機(jī)架
在軋制過(guò)程中，被軋制的金屬作用到軋輥上的全部軋制力，通過(guò)軋輥軸承、軸承座、壓下螺絲及螺母?jìng)鹘o機(jī)架。因此，機(jī)架必須有足夠的剛度和強(qiáng)度。
本設(shè)計(jì)φ950可逆式軋機(jī)機(jī)架采用閉式機(jī)架。
機(jī)架的材料選用ZG35鑄鋼。
2．3軋輥
軋輥是使軋件產(chǎn)生塑性變形的主要部件，在軋制過(guò)程中，軋輥承受著軋制壓力，并將此負(fù)荷傳給軸承。
軋輥選用的材料是60CrMnMo鍛鋼。
2．4軋輥軸承
軋輥軸承用來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥，并保持軋輥在機(jī)架中正確的位置。軋輥軸承應(yīng)具有較小的磨損系數(shù)，足夠的強(qiáng)度和剛度，并便于更換軋輥。
軋輥軸承型號(hào)選用四列滾子軸承FCD112164630。
軋輥軸承的潤(rùn)滑方式是自動(dòng)干油潤(rùn)滑。
2．5萬(wàn)向接軸
φ950可逆式軋機(jī)的聯(lián)接軸選用滑塊式萬(wàn)向接軸，它能傳遞很大的扭矩和允許有較大的傾角。
萬(wàn)向接軸的扁頭選用開(kāi)口式扁頭。
萬(wàn)向接軸的等速條件：
1.主動(dòng)軸與被動(dòng)軸要平行
2.接軸（傳動(dòng)軸）上的叉頭或鏜口要平行。
2．6壓下裝置
φ950可逆式軋機(jī)的壓下裝置采用快速電動(dòng)壓下裝置。
1．壓下裝置的作用：
(1) 調(diào)整兩個(gè)軋輥之間的相互距離，以獲得需要的輥縫和給定的壓下量；
(2) 調(diào)整兩個(gè)軋輥的平行度；
(3) 在軋制過(guò)程中發(fā)生軋卡等事故時(shí)，能使軋輥迅速脫離軋件。
2．快速壓下裝置工藝特點(diǎn)：
(1) 工作時(shí)要求大行程、快速和頻繁地升降軋輥。
(2) 軋輥調(diào)整時(shí)，不“帶鋼”壓下，即不帶軋制負(fù)荷壓下。
為適應(yīng)上述特點(diǎn)，要求傳動(dòng)系統(tǒng)慣性小，以便在頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)情況下實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整；由于工作條件繁重，要求有較高的傳動(dòng)效率和工作可靠性。
2．7平衡裝置
φ950可逆式軋機(jī)的平衡裝置選用液壓式平衡裝置。液壓式平衡裝置是用液壓缸的推力來(lái)平衡上輥重量的。
1. 軋輥平衡的目的：為了消除在軋制過(guò)程中,因工作機(jī)座中有關(guān)零件間的配合間隙所造成的沖擊現(xiàn)象,以保證軋件的軋制精度,改善咬入條件,以及防止工作輥與支承輥之間產(chǎn)生打滑現(xiàn)象等原因所設(shè)置了軋輥平衡裝置.
2. 液壓式平衡裝置的特點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn)：(1) 結(jié)構(gòu)緊湊,適于各種高度的上軋輥的平衡；
(2) 動(dòng)作靈敏，能滿足現(xiàn)代化的板厚自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求；
(3) 在脫開(kāi)壓下螺絲的情況下，上輥可停在任何要求的位置，同時(shí)拆卸方便，因此加速了換輥過(guò)程；
(4) 平衡裝置裝于地平面以上，基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、維修方便、便于操作。
缺點(diǎn)：(1) 調(diào)節(jié)高度不宜過(guò)高，否則制造、維修困難；
(2) 需要一套液壓系統(tǒng)，增加了設(shè)備投資。
現(xiàn)代化的軋鋼車(chē)間中，液壓已成了普遍采用的必不可少的動(dòng)力。因此，缺點(diǎn)之二相對(duì)來(lái)說(shuō)就不突出了。
3 力能參數(shù)的計(jì)算
3．1軋制力能參數(shù)
典型鋼件：20CrMnTiH
化學(xué)成份：C=0.20%，Mn=1.0%，Cr=1.2%，Ti=0.07%
如下表3.1為Φ950鋼坯軋制圖表：
表3.1 Ф950鋼坯軋制圖表 (mm)
鑄坯規(guī)格：280380
道次
孔型
指針
讀數(shù)
斷面尺寸
壓下量
寬展量
高度
寬度
0
380
280
1
I
180
330
50
2
I
120
270K
300
60
20
3
I
100
240
60
4
I
30
180K
300
60
30
5
III
110
240
60
6
III
60
190K
200
50
20
7
III
30
160
200
40
10
3．1．1 軋制時(shí)接觸弧上平均單位壓力
由于單位壓力在接觸弧上的分布是不均勻的，為便于計(jì)算，一般均以單位壓力的平均值——平均單位壓力來(lái)計(jì)算軋制總壓力。
由文獻(xiàn)[1]可知，利用艾克隆德公式計(jì)算軋制時(shí)的平均單位壓力：
p=(1+m)(k+u) (3.1)
式中：m——考慮外摩擦對(duì)單位壓力的影響系數(shù)；
k——軋制材料在靜壓縮時(shí)變形阻力，MPa；
——軋件粘性系數(shù)，kg·s/mm；
u——變形速度，s。
計(jì)算第一道次：
m= (3. 2)
式中：——摩擦系數(shù)。對(duì)鋼軋輥=1.05-0.0005t；
t——軋制溫度；
h、h——軋制前后軋件的高度，mm；
R——軋輥半徑，mm。
=1.05-0.00051120=0.49
R=950/2=475mm
h=380mm，h=330mm
數(shù)據(jù)代入公式(3.2)中得：
m=0.086
1. 利用L．甫培(Pomp)熱軋方坯的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到k(Mpa)的計(jì)算公式：
k=(14-0.01t) (3.3)
式中： t——軋制溫度，℃；
(C)——碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；
(Mn)——錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；
(Cr)——鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；
把數(shù)據(jù)代入公式(3.3)中：k81.222
2. 軋件粘度系數(shù)(kg·s/mm)按下式計(jì)算：
=0.01(14-0.01t)c (3.4)
式中：c——考慮軋制速度對(duì)的影響系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]可知，其值如下：
軋制速度v/(m·s) <6 6—10 10—15 15—20
系數(shù)c 1.0 0.8 0.65 0.60
最大軋制速度nd=110r/min=110πD/60 m/s
=1103.140.95/60 m/s 5.469m/s<6m/s
取c=1.0
由公式(3.4)計(jì)算得=0.01(14-0.011120) 1.0
=0.028 kg·s/mm
3. 艾克隆德用(3.5)式計(jì)算變形速度：
u (3.5)
式中： v ——軋制速度，mm/s；
h,h——軋制前、后軋件的高度，mm；
R ——軋輥半徑，mm。
h= h-h=380-330=50mm
v=5.5m/s
數(shù)據(jù)代入(3.5)式得：u5.027 s
數(shù)據(jù)代入(3.1)式得：p=(1+m)(k+u)
=(1+0.086)(81.222+0.0285.027)=88.36MN
分別代入數(shù)據(jù)算出其它道次，列表3.2
表3.2 各道次數(shù)據(jù)
道次
m
k
(kg·s/mm)
U
(s)
p
(M·N)
1
0.086
81.222
0.028
5.027
88.36
2
0.105
87.024
0.030
6.516
96.378
3
0.122
92.826
0.032
7.240
104.411
4
0.163
98.627
0.034
9.308
115.071
5
0.132
104.429
0.036
7.240
118.509
6
0.170
110.230
0.038
8.30
129.338
7
0.204
116.032
0.040
8.867
143.973
3．1．2 軋制力的計(jì)算
由文獻(xiàn)[1]可知，軋件對(duì)軋輥的總壓力P為軋制平均單位壓力p與軋件和軋輥接觸面積F之乘積，即
P= pF (3.6)
接觸面積：
F=l (3.7)
式中：b,b——軋制前、后軋件的寬度；
l ——接觸弧長(zhǎng)度的水平投影。
不考慮軋制時(shí)軋輥產(chǎn)生彈性壓扁現(xiàn)象，接觸弧長(zhǎng)度的水平投影為：
l=Rsin (3.8)
式中； R——軋輥半徑；
——壓下量。
軋制力P：
P= pbl (3.9)
b= (3.10)
式中：b——軋件前后兩次平均寬度；
計(jì)算第一道次：
b=280mm b=280mm
h=50mm
由(3.10)式得：b= ==280mm
由(3.8)式得：l = ==154mm
由(3.9)式得：P= pbl =88.36280154=3.81MN
分別代入數(shù)據(jù)算出其它道次，列表3.3
表3.3 各道次數(shù)據(jù) (mm)
道次
b
b
b
l
P= pbl (M·N)
1
280
280
280
50
154
3.81
2
280
300
290
60
169
4.723
3
270
270
270
60
169
4.764
4
270
300
285
60
169
5.542
5
180
180
180
60
169
3.605
6
180
200
190
50
154
3.784
7
190
200
195
40
138
3.874
3．1．3 軋制力矩的計(jì)算
軋制時(shí)，軋件在軋制壓力作用下產(chǎn)生塑性變形，與此同時(shí)軋件也給軋輥以大小相等的反作用力。軋件對(duì)軋輥的作用力P相對(duì)軋輥中心的力矩，稱(chēng)為軋制力矩M，其值與軋制壓力P的方向及其在接觸弧上的作用點(diǎn)位置有關(guān)。
確定軋制總壓力方向，可以進(jìn)一步確定軋制力矩。簡(jiǎn)單軋制情況下，除了軋輥給軋件的力外，沒(méi)有其它的外力。這樣，兩個(gè)軋輥對(duì)軋件的法向力N、N和摩擦力T、T的合力P、P必然是大小相等而方向相反，且作用在一條直線上，該直線垂直于軋制中心線，軋件才能平衡，由文獻(xiàn)[1]可知，如圖3.1所示：
圖3.1 簡(jiǎn)單軋制時(shí)作用在軋輥上的力
由文獻(xiàn)[1]可知，驅(qū)動(dòng)一個(gè)軋輥的力矩M為軋制力矩M與軋輥軸承處摩擦力矩M之和；
M= M+ M=P(a+) (3.11)
a=sin
=
M=Pa
M=P
式中：P——軋制力；
a——軋制力臂，即合力作用線距兩個(gè)軋輥中心連線的垂直距離；
——軋輥軸承處摩擦圓半徑；
D——軋輥直徑；
d——軋輥軸頸直徑；
——合力作用點(diǎn)的角度；
——軋輥軸承摩擦系數(shù)：
φ950初軋機(jī)選用膠木瓦，=0.01—0.03，取=0.022
采列柯夫認(rèn)為，由文獻(xiàn)[1]可知，熱軋時(shí)=0.5
式中：——力臂系數(shù)，假定總軋制壓力作用點(diǎn)在接觸弧的中心，用力臂系數(shù)表示；
——咬入角，=arcos(1-)
d=560mm
根據(jù)以上公式計(jì)算第一道次：
=arcos(1-)= arcos(1-)=18.672
===6.16
=0.518.672=9.336
sin=0.162
a=sin=sin=0.162=76.95
M=Pa=3.8176.95=2.93210N·m
M=P=3.816.16=0.23510N·m
一個(gè)軋輥驅(qū)動(dòng)力矩為：M= M+ M=2.93210+0.23510=3.16710N·m
所以兩個(gè)軋輥驅(qū)動(dòng)力矩為：=2 M=6.33410N·m
分別代入數(shù)據(jù)算出其它道次，列表3.4
表3.4 各道次數(shù)據(jù)
道次
(mm)
sin
P
(MN)
M
(10Nm)
M
(10Nm)
M
(10Nm)
(10Nm)
1
50
18.672
0.162
3.81
2.932
0.235
3.167
6.334
2
60
20.472
0.178
4.732
4.001
0.291
4.292
8.584
3
60
20.472
0.178
4.764
4.028
0.293
4.321
8.642
4
60
20.472
0.178
5.542
4.686
0.341
5.027
10.054
5
60
20.472
0.178
3.605
3.048
0.222
3.27
6.54
6
50
18.672
0.162
3.784
2.912
0.233
3.145
6.29
7
40
16.686
0.145
3.874
2.668
0.239
2.907
5.814
3．1．4 主電動(dòng)機(jī)力矩
傳動(dòng)軋輥時(shí)，由文獻(xiàn)[1]可知，主電動(dòng)機(jī)軸上的力矩由四部分組成，即
M= (3.12)
=+M+MM
式中：M——主電動(dòng)機(jī)力矩；
M——軋輥上的軋制力矩；
M——附加摩擦力矩，即當(dāng)軋制時(shí)由于軋制力作用在軋輥軸承、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其
它轉(zhuǎn)動(dòng)件中的摩擦而產(chǎn)生的附加力矩，M=；
M——空轉(zhuǎn)力矩，即軋機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)，由于各轉(zhuǎn)動(dòng)件的重量所產(chǎn)生的摩擦力矩及其他阻力矩；
M——?jiǎng)恿?，軋輥運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻時(shí)，各部件由于有加速或減速所引起的慣性力所產(chǎn)生的力矩；
i——電動(dòng)機(jī)和軋輥之間的傳動(dòng)比。
附加摩擦力矩M包括兩部分，其一是由于軋制總壓力在軋輥軸承上產(chǎn)生的附加摩擦力矩M，這部分已包括在軋輥傳動(dòng)力矩M之內(nèi)；另一部分為各轉(zhuǎn)動(dòng)零件推算到主電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩M。
M=()=() (3.13)
式中：——主電動(dòng)機(jī)到軋輥之間的傳動(dòng)效率，其中不包括空轉(zhuǎn)力矩M的損失。單
級(jí)齒輪傳動(dòng)時(shí)取=0.97。
i ——電動(dòng)機(jī)和軋輥之間的傳動(dòng)比；i =1
由文獻(xiàn)[2]可知，M=5%
根據(jù)已知軋件加速度a=70rad/min，由文獻(xiàn)[1]可知，
M====24.3710N·m
GD=13.310kg·m
計(jì)算第一道次：
由公式(3.13)得：M=()=0.09810N·m
由公式(3.12)得：M==6.002N·m
式中：GD——各轉(zhuǎn)動(dòng)件推算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪力矩；
a ——加速度或減速度；加速為正，減速為負(fù)；
代入數(shù)據(jù)算出其它各道次，列表3.5
表3.5 各道次數(shù)據(jù) (10N·m)
道次
M
M
1
0.098
6.002
2
0.133
7.223
3
0.134
7.255
4
0.156
8.021
5
0.101
6.114
6
0.097
5.978
7
0.090
5.720
3．2 各道次軋件斷面和當(dāng)量長(zhǎng)度
在軋制過(guò)程中，金屬在軋輥間承受軋制壓力的作用而發(fā)生塑性變形。由于金屬變形時(shí)體積不變，變形區(qū)的金屬在垂直方向產(chǎn)生壓縮，在軋制方向產(chǎn)生延伸，在橫向產(chǎn)生寬展，而延伸和寬展受到接觸面上摩擦力的限制，使變形區(qū)內(nèi)的金屬呈三向應(yīng)力狀態(tài)。
變形區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力分布是不均勻的。在有前后張力軋制時(shí)，變形區(qū)中部呈三向壓應(yīng)力狀態(tài)；靠近入口和出口處，由于張力的作用，金屬呈一向拉應(yīng)力和兩向壓應(yīng)力狀態(tài)。
由各道次軋件斷面圖，用網(wǎng)格法近似計(jì)算A
N=L/D (3.14)
L=V/A+l (3.15)
式中：N——當(dāng)量長(zhǎng)度
D——取軋輥名義直徑；
V ——毛坯體積；
l——變形長(zhǎng)度，l=。
根據(jù)公式(3.14)、(3.15)計(jì)算第一道次：
V=280=8.0332mm
A=280330=92400mm
l==154.11mm
L=8.0332/92400+154.11=8848.05mm
N=8848.05/3.14950=2.97mm
代入數(shù)據(jù)算出其它各道次，列表3.6
表3.6 各道次軋件斷面和當(dāng)量長(zhǎng)度 (mm)
道次
A
N
1
92400
2.97
2
81000
3.38
3
72000
3.80
4
54000
5.04
5
43200
6.29
6
38000
7.14
7
32000
8.46
3．3 各道次軋制時(shí)間的確定
已知：軋件加速度a=70rad/min
軋件減速度b=100rad/min
軋件咬入速度n=20rad/min
軋件拋出速度n=40rad/min
1-7道次最大軋制速度n=110rad/min
由文獻(xiàn)[1]可知，計(jì)算公式：
1． 空載起動(dòng)時(shí)間：t=n/a； (3.16)
2． 咬入后的加速時(shí)間：t=(n-n)/a； (3.17)
3． 等速軋制時(shí)間：t=60N/n-(n-n)/2an-(n-n)/2bn； (3.18)
4． 拋出減速時(shí)間：t=(n-n)/b； (3.19)
5． 空載減速時(shí)間：t=n/b。 (3.20)
將以上公式代入數(shù)據(jù)得：
1．1~7道次t=20/70=0.29s；
2．1~7道次t=(110-20)/70=1.29s；
3．t=602.97/110-(110-20)/270110-(110-20)/2100110=0.33s；
4．1~7道次t=(110-40)/100=0.7s；
6． 1~7道次t=40/100=0.4s。
代入數(shù)據(jù)算出其它各道次，列表3.7
表3.7 各道次軋制時(shí)間 (s)
道次
t
t
t
t
t
1
0.29
1.29
0.33
0.7
0.4
2
—
—
0.55
—
—
3
—
—
0.78
—
—
4
—
—
1.46
—
—
5
—
—
2.14
—
—
6
—
—
2.60
—
—
7
—
—
3.32
—
—
3．4 主電動(dòng)機(jī)的選用
3．4．1 選擇電動(dòng)機(jī)的原則：
正確選擇電動(dòng)機(jī)的原則是：
在電動(dòng)機(jī)能勝任機(jī)械設(shè)備負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)和最合理地確定電動(dòng)機(jī)功率。也就是說(shuō)，要能滿足機(jī)械設(shè)備對(duì)電動(dòng)機(jī)提出的功率、力矩、轉(zhuǎn)速、過(guò)載能力以及啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)的要求下，電動(dòng)機(jī)的溫升要小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升值，使電動(dòng)機(jī)能力在運(yùn)行中能充分利用。
3．4．2 根據(jù)過(guò)載條件選擇電動(dòng)機(jī)容量
由文獻(xiàn)[1]可知，如下公式
M= (3.21)
N= M= (3.22)
式中： M——載荷靜力矩，kN·m；
——靜負(fù)荷圖上的最大力矩；
——電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；
K——電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)，取K=2.8；
由力矩的計(jì)算可知：
最大力矩為第四道次的力矩，把數(shù)據(jù)代入公式(3.21)、(3.22)計(jì)算得：
M===2.865Nm<6.2N·m
N===3299KW
由文獻(xiàn)[2]初選電機(jī)：ZJD285/155-14型可逆運(yùn)轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)。
額定功率P=4300KW
額定轉(zhuǎn)速n=110r/min
3．4．3 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱校核
一般來(lái)說(shuō)，預(yù)選電動(dòng)機(jī)后，還應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)熱驗(yàn)算。
可逆運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)軋輥低速咬入軋件，然后增加速度，速度達(dá)到定值后則等速進(jìn)行軋制。軋件軋制結(jié)束前，降低速度，在低速時(shí)軋輥把軋件拋出。由文獻(xiàn)[1]知，這種作業(yè)方式的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩與時(shí)間的關(guān)系如圖3.2所示：
圖3.2 可逆運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩與時(shí)間的關(guān)系圖
從圖中可以看出，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和力矩與時(shí)間的關(guān)系可分為五段來(lái)研究。
空載起動(dòng)階段：
轉(zhuǎn)速0→n（咬入軋件時(shí)的轉(zhuǎn)速），力矩M=M+M；
咬入軋件后的加速階段：
轉(zhuǎn)速n→n（穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速），力矩M=M+M；
穩(wěn)定速度軋制階段：
轉(zhuǎn)速n不變，力矩M=M；
帶有軋件的減速階段：
轉(zhuǎn)速n→n（拋出軋件時(shí)的轉(zhuǎn)速），力矩M= M-M；
制動(dòng)階段：
轉(zhuǎn)速n→0，力矩M= M-M。
選取嚴(yán)重過(guò)載的第四道次校核：
M=M+M
=(0.401+2.437)=2.838N·m
M= M+M
=(8.021+2.437)=10.458N·m
M=M=8.021N·m
第四階段的M===3.482N·m
M= M-M
=(8.021-3.482)=4.539N·m
M= M-M
=(0.401-3.482)=- 3.081N·m
t=0.29s
t=1.29s
t=1.46s
t=0.7s
t=0.4s
等值力矩：
M= (3.23)
數(shù)據(jù)代入公式(3.23)中得：M==2.599N·m<9.88N·m
所以發(fā)熱條件滿足。
4 零件的強(qiáng)度計(jì)算和校核
4．1 機(jī)架的設(shè)計(jì)
機(jī)架的形式：
軋鋼機(jī)在軋制過(guò)程中，被軋制的金屬作用到軋輥上的全部軋制力，通過(guò)軋輥軸承、軸承座、壓下螺絲及螺母?jìng)鹘o機(jī)架，并由機(jī)架全部吸收不再傳給地基。因此，對(duì)機(jī)架必須要求有足夠的強(qiáng)度與剛度。
機(jī)架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是窗口寬度、高度和立柱斷面尺寸。
按機(jī)架結(jié)構(gòu)分，軋鋼機(jī)機(jī)架分為閉式和開(kāi)式兩種。
1. 閉式機(jī)架
閉式機(jī)架是一個(gè)將上下橫梁與立柱鑄成一體的封閉式整體框架，因此，從材料力學(xué)的觀點(diǎn)看，具有較高的強(qiáng)度和剛度，但換輥不方便。采用閉式機(jī)架的工作機(jī)座，在換輥時(shí)，軋輥是沿其軸線方向從機(jī)架窗口中抽出或裝入，這種軋機(jī)一般都設(shè)有專(zhuān)用的換輥裝置。
2. 開(kāi)式機(jī)架
開(kāi)式機(jī)架由架本體和上蓋兩部分組成。開(kāi)式機(jī)架的上蓋可以從U形架體上拆開(kāi)，它的剛性不及閉式機(jī)架，但它換輥方便的優(yōu)點(diǎn)使它廣泛地應(yīng)用在型鋼軋機(jī)上。
Φ950可逆式軋機(jī)選用閉式機(jī)架。由于機(jī)架是一個(gè)非經(jīng)常更換的永久性的部件，設(shè)計(jì)時(shí)要保證使用壽命外，還要保證制造工藝簡(jiǎn)化，成本降低，能滿足軋鋼生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品方面的要求，以保證生產(chǎn)的可靠性。
4．1．1 機(jī)架強(qiáng)度的計(jì)算
閉式機(jī)架強(qiáng)度計(jì)算的假設(shè)：
1. 每片機(jī)架只在上下橫梁的中間斷面處受有垂直力R，而且這兩個(gè)力大小相等、方向相反，作用在同一直線上，即機(jī)架的外負(fù)荷是對(duì)稱(chēng)的。
2. 機(jī)架結(jié)構(gòu)對(duì)窗口的垂直中心線是對(duì)稱(chēng)的，而且不考慮由于上下橫梁慣性矩不同所引起的水平內(nèi)力。
3. 上下橫梁和立柱交界處（轉(zhuǎn)角處）是剛性的，即機(jī)架變形后，機(jī)架轉(zhuǎn)角仍保持不變。
根據(jù)上述假設(shè)，機(jī)架外負(fù)荷和幾何尺寸都與機(jī)架窗口垂直中心線對(duì)稱(chēng)，故可將機(jī)架簡(jiǎn)化為一個(gè)由機(jī)架立柱和上、下橫梁的中性軸組成的自由框架。如將此框架沿機(jī)架窗口垂直中心線剖開(kāi)，則在剖開(kāi)的截面上，作用著垂直力和靜不定力矩M。由文獻(xiàn)[1]可知，機(jī)架簡(jiǎn)化為如圖(4.1)所示的矩形自由框架：
圖4.1 矩形自由框架彎曲力矩圖
由文獻(xiàn)[3]可知，對(duì)于機(jī)架橫梁y=x，而對(duì)于立柱y=，因此，M為
M=·=· (4.1)
式中：——機(jī)架橫梁的中性線長(zhǎng)度；
——機(jī)架立柱的中性線長(zhǎng)度；
——機(jī)架上橫梁的慣性矩；
——機(jī)架立柱的慣性矩；
——機(jī)架下橫梁的慣性矩。
上式積分后，得
M=· (4.2)
如果假設(shè)上下橫梁慣性矩相同，即時(shí)，則力矩M為
M=· (4.3)
因?yàn)樵诹⒅系膹澗豈為
M=-M (4.4)
將(4.3)式代入(4.4)式，則
M=· (4.5)
由公式(4.5)可看出，減小立柱的慣性矩和增加橫梁的慣性矩可以部分地減少立柱中的彎矩M。這對(duì)于減輕窄而高的機(jī)架重量是有利的。
求慣性矩和：
=1880mm =5150mm
把橫梁看作圖4.2所示:
圖4.2 橫梁簡(jiǎn)圖
(4.6)
把橫梁數(shù)據(jù)代入公式(4.6)中得：==0.082m
把立柱看作圖4.3所示:
圖4.3 立柱簡(jiǎn)圖
把立柱數(shù)據(jù)代入公式(4.6)中得：==0.005m
由文獻(xiàn)[1]可知，初軋機(jī)d/D=0.55~0.7，取d/D=0.59
d=9500.59=560mm
由文獻(xiàn)[1]可知，=0.8~1.0，取=0.9
機(jī)架立柱斷面積：F=0.9(0.28)=0.071m
選擇軋制力最大的第四道次進(jìn)行校核：
R===2.771MN
將以上數(shù)據(jù)代入公式(4.3)、(4.4)中，解得：
M=1.288MN·m
M=0.014MN·m
減小立柱斷面的慣性矩I和增加橫梁的慣性矩I，可以部分地減少立柱中的彎矩M，這對(duì)于減輕窄而高的機(jī)架重量是有利的。
4．1．2 機(jī)架應(yīng)力的計(jì)算和校核
由文獻(xiàn)[1]可知，圖4.4為閉式機(jī)架中的應(yīng)力圖，根據(jù)應(yīng)力圖計(jì)算下列數(shù)據(jù)。
W=W= (4.7)
W=W= (4.8)
把公式(4.7)、(4.8)代入數(shù)據(jù)得：
W=W===0.143m
W=W===0.009m
式中：W、W——分別為機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斷面系數(shù)；
W、W——分別為機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)和外側(cè)的斷面系數(shù)。
圖4.4 閉式機(jī)架中的應(yīng)力圖
由文獻(xiàn)[3]可知，機(jī)架一般采用含碳量0.25~0.35的鑄鋼，選用ZG35，對(duì)于ZG35來(lái)說(shuō)，許用應(yīng)力采用下列數(shù)值：
對(duì)于橫梁[σ]50~70MPa，
對(duì)于立柱[σ]40~50MPa。
由文獻(xiàn)[3]可知：
機(jī)架橫梁內(nèi)側(cè)的應(yīng)力σ為：
σ=- (4.9)
機(jī)架橫梁外側(cè)的就力為：
σ= (4.10)
機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)的應(yīng)力為：
σ= (4.11)
機(jī)架立柱外側(cè)的應(yīng)力為：
σ= (4.12)
把以上公式代入數(shù)據(jù)得：
σ=-MPa<[σ]=50～70MPa
σ==9.007MPa
σ===21.07MPa<[σ]=40～50MPa
σ==17.959MPa<[σ]=40～50MPa
所以，機(jī)架強(qiáng)度滿足。
4．2 軋輥強(qiáng)度的校核
軋輥是使軋件產(chǎn)生塑性變形的主要部件，在軋制過(guò)程中，軋輥承受著軋制壓力，并將此負(fù)荷傳給軸承。
軋輥由輥身、輥徑及軸頭三部分組成。
輥徑的基本尺寸參數(shù)是：軋輥的名義直徑D、輥身長(zhǎng)度L、輥頸直徑d以及輥頸長(zhǎng)度l。
初軋機(jī)的軋輥輥身是有軋型的，通常把初軋機(jī)輥環(huán)外徑作為名義直徑。為了避免孔型槽切入過(guò)深，輥?zhàn)用x直徑與工作直徑的比值一般不大于1.4。
軋輥安裝在軸承中，并通過(guò)軸承座和壓下裝置把軋制力傳給機(jī)架，輥頭和聯(lián)接軸相連，傳遞軋制扭矩。
軋輥是軋鋼機(jī)中直接軋制軋件的主要部件。在軋制過(guò)程中，軋輥直接與軋件接觸，強(qiáng)迫軋件發(fā)生變形。與此同時(shí)，軋輥承受著巨大的軋制壓力的作用，并由于軋輥本身的旋轉(zhuǎn)而使其應(yīng)力隨時(shí)間作周期性的變化。
4．2．1 軋件咬入條件的校核
只有軋件被軋輥咬入進(jìn)入變形區(qū)，軋制過(guò)程才能建立。由文獻(xiàn)[1,27]頁(yè)可知，軋件咬入條件，可分為兩個(gè)階段，即開(kāi)始咬入階段和已經(jīng)咬入階段。
1． 開(kāi)始咬入階段：
當(dāng)軋件與旋轉(zhuǎn)著的軋輥接觸時(shí)，軋輥對(duì)軋件作用有正壓力N及摩擦力T，由文獻(xiàn)[1]可知，如圖4.5所示：
(a) (b)
圖4.5 開(kāi)始咬入(a)及咬入后(b)作用于軋件上的力
并且：
N=Nsin
T=Ncos
T=N
式中：——摩擦系數(shù)。
當(dāng)軋件與軋輥接觸瞬間，在力的作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，則
2Nsin+G-2Tcos=0
式中：G——為慣性力。
若慣性力G忽略不計(jì)，則其平衡條件為：
若使軋件能被自然咬入，必須T>N。因此，只有當(dāng)>tan時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)其自然咬入；若=tan時(shí)，則軋件處于平衡狀態(tài)，不能自然咬入；當(dāng)
tan
所以軋件咬入條件滿足。
4．2．2輥身、輥頸強(qiáng)度的校核
軋輥是軋鋼車(chē)間中主要的、經(jīng)常耗用的工具，其質(zhì)量好壞直接影響著鋼材的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此對(duì)軋輥的性能的要求是很?chē)?yán)格的，但因?yàn)檐垯C(jī)類(lèi)型及所軋制鋼材種類(lèi)的不同，對(duì)軋輥性能的具體要求有很大的差別。
軋輥的破壞決定于各種應(yīng)力，其中包括彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、接觸應(yīng)力，由于溫度分布不均或交替變化引起的溫度應(yīng)力以及軋輥制造過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力等的綜合影響。
設(shè)計(jì)軋機(jī)時(shí)，通常是按工藝給定的軋制負(fù)荷和軋輥參數(shù)對(duì)軋輥進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于對(duì)影響軋輥強(qiáng)度的各種因素（如溫度應(yīng)力、殘余應(yīng)力、沖擊載荷值等）很難準(zhǔn)確計(jì)算，為此，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)軋輥的彎曲和扭轉(zhuǎn)一般不進(jìn)行疲勞校核，而是將這些因素的影響納入軋輥的安全系數(shù)中，為了保護(hù)軋機(jī)其它重要部件，軋輥的安全系數(shù)是軋機(jī)各部件中最小的。
初軋機(jī)的軋輥，沿輥身長(zhǎng)度上布置有許多孔型軋槽。此時(shí)，軋輥的外力（軋制壓力）可以近似地看成集中力。軋件在不同的軋槽中軋制時(shí)，外力的作用是變動(dòng)的。所以要分別判斷不同軋槽過(guò)鋼時(shí)軋輥各斷面的應(yīng)力，進(jìn)行比較，找出危險(xiǎn)斷面。
軋輥強(qiáng)度的計(jì)算內(nèi)容、方法和它的用途、形狀以及工作條件等因素有關(guān)。通常對(duì)輥身僅計(jì)算彎曲，對(duì)輥頸則計(jì)算彎曲和扭轉(zhuǎn)。
如圖4.6所示，為軋輥的彎曲扭轉(zhuǎn)力矩圖。
圖4.6 軋輥的彎曲、扭轉(zhuǎn)力矩圖
1．輥身強(qiáng)度校核
由文獻(xiàn)[1]可知，L/D=2.2-2.7，取2.6。
L=2.6D=2.6950=2470mm=2.47m
由文獻(xiàn)[1]可知，l/d=1.0
前面選取d=560mm=0.56m，所以l=560mm=0.56m
M=(0.56+2.47)=4.2MN·m
截面的直徑為D的圓形，抗彎截面系數(shù)W為：
W===0.084m
σ==50MPa
由文獻(xiàn)[3]可知，對(duì)于碳鋼軋輥，許用應(yīng)力[σ]=140～150MPa。
σ<[σ]
所以，軋輥輥身強(qiáng)度滿足。
2．輥頸強(qiáng)度校核
因?yàn)榈谒牡来蔚能堉屏ψ畲?，所以取第四道次的軋制力P=5.542N
R===2.771N
C==0.28m
M=5.027N·m
M=RC=2.771N·m
M——輥頸危險(xiǎn)斷面處的彎矩；
M——輥頸危險(xiǎn)斷面處的扭矩。
由文獻(xiàn)[3]可知：
σ==44.187MPa
τ==14.313MPa
由文獻(xiàn)[3]可知，采用鋼軋輥時(shí)，合成應(yīng)力σ按第四強(qiáng)度理論計(jì)算：
σ= (4.13)
把數(shù)據(jù)代入公式(4.13)中得：σ==50.666MPa
σ<[σ]=140～150MPa
所以，軋輥輥頸強(qiáng)度滿足。
4．3 萬(wàn)向接軸的選用及校核
選用滑塊式萬(wàn)向接軸，接軸扁頭的材質(zhì)選用40CrNiMo。
由文獻(xiàn)[1]可知，允許傾角是8o-10o，選=8o。
滑塊式萬(wàn)向接軸是由軋輥端扁頭、帶叉頭的接軸、傳動(dòng)端扁頭、襯瓦以及中間具有方形或圓形的銷(xiāo)軸組成。
滑塊式萬(wàn)向接軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸是叉頭直徑D，叉頭直徑D為軋輥名義直徑的85%~95%，取86%。
D=95086%=817mm
滑塊式萬(wàn)向接軸各部分的結(jié)構(gòu)尺寸，由文獻(xiàn)[1]可知，根據(jù)叉頭直徑D按以下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系選?。?
叉頭鏜孔直徑d：0.46~0.5D。取d=0.46D=8170.46=375.82mm
扁頭厚度S：0.25~0.28D。取S=0.26D=8170.26=212.42mm
扁頭長(zhǎng)度l：0.415~0.5D。取l=0.42D=8170.42=343.14mm
接軸本體直徑d：0.5~0.6D。取d=0.52D=8170.52=424.84mm
4．3．1 開(kāi)口式扁頭受力分析和強(qiáng)度計(jì)算
開(kāi)式鉸鏈的扁頭具有一個(gè)長(zhǎng)形切口，鉸鏈的一端可在此切口中沿著接軸中心線方向移動(dòng)。這種鉸鏈一般用在軸向換輥的軋鋼機(jī)上。
Φ950可逆式軋機(jī)選用開(kāi)口式扁頭。由文獻(xiàn)[1]可知，圖4.7。
由文獻(xiàn)[1]可知，月牙形滑塊作用在開(kāi)口式扁頭上的負(fù)荷近似地按三角形分布（如圖4.7所示）。因此合力的作用點(diǎn)位于三角形的面積形心，即在離斷面邊緣b處。當(dāng)萬(wàn)向接軸傳遞的扭轉(zhuǎn)力矩為M時(shí)，合力P為：
P= (4.14)
式中：b——扁頭的總寬度；
b——扁頭一個(gè)分支的寬度。
圖4.7 開(kāi)口式扁頭受力分析簡(jiǎn)圖
N= (4.15)
M===3.735N·m
M=M/2==1.868N·m
當(dāng)萬(wàn)向接軸傾斜角為時(shí)，由圖4.7可求出合力P對(duì)斷面I－I的力臂x為： x=0.5()sin+x (4.16)
式中：x——萬(wàn)向接軸鉸鏈中心至斷面I－I的距離。
x==171.57mm
b=260mm=0.26m
b=710mm=0.71m
把數(shù)據(jù)代入公式(4.16)、(4.14)中：
x=0.5()sin+x= 0.5()sin8°+171.57
=208.91mm=0.209m
P===3.481N
I－I斷面中的彎曲力矩等于：
M=P·x (4.17)
數(shù)據(jù)代入公式(4.17)計(jì)算得：M=P·x=3.4810.209=0.728N·m
I－I斷面中的扭轉(zhuǎn)力矩等于：
M=P· (4.18)
數(shù)據(jù)代入公式(4.18)計(jì)算得：M=P·=3.481=0.151N·m
彎曲應(yīng)力與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力各等于：
(4.19)
(4.20)
式中：——計(jì)算矩形斷面抗扭斷面系數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，它決定于矩形斷面尺寸b與S之比。
b：S=260：212.42=1.22，由文獻(xiàn)[1]可知，取b：S=1，查得=0.208
數(shù)據(jù)代入公式(4.19)、(4.20)計(jì)算得：
==37.380MPa
==7.619MPa
計(jì)算應(yīng)力等于：
(4.21)
計(jì)算得：==39.641MPa
由文獻(xiàn)[3]可知，扁頭的材質(zhì)40CrNiMo的許用應(yīng)力為[]=130~170MPa。
<[]
所以開(kāi)口式扁頭校核合格。
4．3．2 閉口式扁頭受力分析和強(qiáng)度計(jì)算
閉式鉸鏈的扁頭上有一個(gè)圓孔，鉸鏈不同軸向移動(dòng)，其裝拆是從側(cè)向進(jìn)行的。閉式鉸鏈一般用在傾角不大的軋鋼機(jī)上，將它裝在接軸的傳動(dòng)端，作為接軸的擺動(dòng)支點(diǎn)，并承受不大的軸向力。
由文獻(xiàn)[1]可知，當(dāng)萬(wàn)向接軸傾角為時(shí)，在閉式扁頭上，可將萬(wàn)向接軸傳遞的扭轉(zhuǎn)力矩M用矢量分解成兩個(gè)力矩M和M，如圖4.8所示
圖4.8 閉口式扁頭受力簡(jiǎn)圖
M=Mcos (4.22)
M=Msin (4.23)
其中：M——對(duì)扁頭起扭轉(zhuǎn)作用；
M——對(duì)扁頭起彎曲作用。
數(shù)據(jù)代入公式(4.22)、(4.23)計(jì)算得：
M=Mcos=1.868cos8o=1.850N·m
M=Msin=1.868sin8o=0.260N·m
在扁頭I－I斷面上，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力與彎曲應(yīng)力為：
(4.24)
(4.25)
式中：——計(jì)算矩形斷面抗扭斷面系數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)化系數(shù)，它決定于矩形斷面尺寸b與S之比。
b：S=710：212.42=3.34，由文獻(xiàn)[1]可知，取b：S=3，查得=0.801
把數(shù)據(jù)代入公式(4.24)、(4.25)計(jì)算得：
==4.889MPa
==24.240MPa
計(jì)算應(yīng)力等于：
(4.26)
數(shù)據(jù)代入(4.26)計(jì)算得：==42.269MPa
<[]
所以閉口式扁頭校核合格。
4．3．3 叉頭受力分析和強(qiáng)度計(jì)算
由文獻(xiàn)[3]可知，按密葉洛奇的試驗(yàn)，最大應(yīng)力發(fā)生在叉頭顎板內(nèi)表面的某一點(diǎn)上，其值可按下式計(jì)算：
(4.27)
式中：d——叉頭鏜孔直徑，cm；
D——叉頭外徑，cm；
M——接軸傳遞的扭矩，N·cm；
K——考慮接軸傾角的影響系數(shù)。
由文獻(xiàn)[1]可知，=8o，查得K=1.188。
數(shù)據(jù)代入公式(4.27)計(jì)算得：
=35
=3.565MPa
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所以叉頭校核合格。
5 軋鋼機(jī)械的潤(rùn)滑
5．1軋鋼機(jī)械潤(rùn)滑的特點(diǎn)
1. 設(shè)備工作時(shí)受高溫、氧化鐵皮的影響，負(fù)荷沉重，往往是長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；
2. 設(shè)備潤(rùn)滑區(qū)域廣、面積大、潤(rùn)滑點(diǎn)多、管路長(zhǎng)。
5．2 潤(rùn)滑的方法
為了保證軋鋼機(jī)械的安全運(yùn)行，除了采取各項(xiàng)維護(hù)、保養(yǎng)措施外，還須保證各機(jī)械摩擦部分有可靠的潤(rùn)滑。
軋鋼機(jī)械的潤(rùn)滑系統(tǒng)可分為單獨(dú)式或集中式兩種。
按送油時(shí)間分：間歇潤(rùn)滑和連續(xù)潤(rùn)滑。
按供油方式分：無(wú)壓潤(rùn)滑和壓力潤(rùn)滑。
按油流情況分：流出潤(rùn)滑和循環(huán)潤(rùn)滑。
按潤(rùn)滑劑種類(lèi)分：干油潤(rùn)滑和稀油潤(rùn)滑。
5．3 潤(rùn)滑的種類(lèi)
二硫化鉬是一種新型的固體潤(rùn)滑材料，一般都將二硫化鉬粉劑與潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂混合在一起后使用。它有良好的潤(rùn)滑性、耐溫性、抗壓耐磨性、抗化學(xué)腐蝕性及附著性等。因此適用于潤(rùn)滑高速、高負(fù)荷、高溫及有腐蝕性等工作條件下的設(shè)備。目前在軋鋼機(jī)械的一些單體設(shè)備上使用，效果較好。如減速機(jī)的齒輪嚙合及軸承和受高溫烘烤的出爐輥道上，能防止漏油、改善潤(rùn)滑。對(duì)于循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，由于二硫化鉬在使用中易沉淀，故很少采用。
油霧潤(rùn)滑是稀油集中潤(rùn)滑和干油集中潤(rùn)滑方式以外的一種新型潤(rùn)滑方式。潤(rùn)滑油先在油霧器中，在3公斤/厘米的壓縮空氣作用下，使?jié)櫥挽F化成為直徑約0.003毫米左右的微粒，以0.02～0.026公斤/厘米的壓力用管道噴入需要潤(rùn)滑的部位。由于油霧潤(rùn)滑有良好的潤(rùn)滑效果，近年來(lái)在各類(lèi)軋鋼機(jī)械中得到了應(yīng)用。
工藝潤(rùn)滑是專(zhuān)門(mén)用于對(duì)軋輥連續(xù)供給潤(rùn)滑劑的一種潤(rùn)滑方式。在冷軋機(jī)上，采用工藝潤(rùn)滑后，可以使軋輥具有良好的工作性能，散掉軋件獲得良好的表面質(zhì)量。在熱軋機(jī)上，歷來(lái)都是用大量的冷卻水噴向軋輥，進(jìn)行冷卻和潤(rùn)滑的。目前，熱軋工藝潤(rùn)滑用于鋼板軋機(jī)取得明顯效果為開(kāi)端并被肯定以來(lái)，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到型鋼、線材和鋼管的熱軋。采用熱軋工藝潤(rùn)滑，可減小軋制力10～12%；減少軋輥磨損40～60%，并能改善成品表面質(zhì)量。然而與冷軋工藝潤(rùn)滑相比，畢竟還是不完善的。為確定適合熱軋機(jī)特點(diǎn)的潤(rùn)滑劑、使用方式和用量，還必須經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)。
5．4 Φ950可逆式軋機(jī)部件的潤(rùn)滑方式
部件的潤(rùn)滑方式如下表5.1
表5.1 潤(rùn)滑方式
序號(hào)
潤(rùn)滑部位
潤(rùn)滑方式
點(diǎn)數(shù)
1
壓下螺母
稀油循環(huán)
2
2
壓下裝置花鍵減速機(jī)
稀油循環(huán)
12
3
機(jī)架滑板
自動(dòng)干油
4
4
上輥平衡梁及銷(xiāo)軸
手動(dòng)干油
9
5
上輥軸向鎖緊
人工涂抹
2
6
下輥軸向鎖緊
人工涂抹
2
7
工作輥軸承
自動(dòng)干油
8
8
上輥軸向鎖緊缸銷(xiāo)軸
手動(dòng)干油
2
6 設(shè)計(jì)專(zhuān)題：壓下裝置的設(shè)計(jì)
壓下裝置是軋輥調(diào)整裝置，它的作用是調(diào)整軋輥在機(jī)架中的相對(duì)位置，